电泳沉积多尺度氧化石墨烯/碳纳米管复合体在碳纤维环氧复合材料界面工程中的应用
Electrophoretically Deposited Multiscale Graphene Oxide/Carbon Nanotube Construct Mediated Interfacial Engineering in Carbon Fiber Epoxy Composites
摘要整理
纤维增强聚合物复合材料作为结构材料在过去几十年中获得广泛关注，特别是碳纤维增强环氧树脂（CFRE）层板在航空航天工业中应用广泛。基体与纤维之间的界面作用至关重要，直接决定CFRE层板的整体结构性能。本研究采用商业化、环保且简便的电泳沉积（EPD）技术，将共价耦联的多尺度氧化石墨烯（GO）/碳纳米管（CNT）纳米复合体沉积在碳纤维（CF）织物表面。该混杂纳米体系利用二维GO与一维CNT的协同增强效应，通过不同的增强机制强化基体/纤维界面。仅含0.1 wt% GO/CNT的改性层板相比原始CFRE，弯曲强度（FS）提高24%，层间剪切强度（ILSS）提高30%。扫描电子显微镜（SEM）观察证实GO和GO/CNT在CF上沉积均匀。拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）分析验证了CNT的成功官能化和GO与CNT的共价耦联。原子力显微镜（AFM）和接触角分析表明CF与基体间的相互作用得到改善。GO/CNT纳米复合体的沉积通过提高润湿性、表面自由能和表面粗糙度，增强了环氧树脂与CF界面的机械互锁，从而改善了CFRE的性能。动态力学分析表明改性后界面粘合力增强，环氧树脂链的分段运动减少。SEM断口形貌学观察显示改性CFRE呈现明显不同的失效机制。GO/CNT-CFRE体系的电磁干扰（EMI）屏蔽效能达到-45 dB。本研究还探索了改性体系的电热加热和除冰性能。该多功能改性方法为CFRE的性能提升开辟了新途径。